IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) являются наиболее эффективными устройствами для превращения энергии солнечной радиации в электрическую энергию. В обычных солнечных батареях фотогальваническим материалом является кремний, который сам по себе является относительно дешевым сырьем, однако особенности полупроводниковых свойств кремния приводят к тому, что изготовление солнечных батарей из кремния представляет отнюдь недешевую технологию.

Перовскитные солнечные элементы были продемонстрированы в 2009 году, и с той поры являются объектом интенсивного изучения. Благодаря тому, что в перовските есть запрещённая энергетическая зона с прямыми переходами, он поглощает свет эффективнее кремния, и для получения солнечной батареи требуется тонкий слой, который может быть получен с помощью осаждения из раствора, что значительно удешевляет производство перовскитных солнечных батарей.На сегодняшний день эффективность перовскитных ФЭП достигла 22,1% в лабораторных условиях.

Исследование термических свойств перовскитов представляет большой интерес в связи с наличием фазового перехода в области 54-55^оС из тетрагональной кристаллической структуры в кубическую [1, 2]. В связи с этим кубическая кристаллическая структура, получаемая при температурах выше этого фазового перехода при типичных более низких температурах эксплуатации ФЭП с точки зрения термодинамики должна переходить в тетрагональную кристаллическую структуру, приводя к падению эффективности ГОНП ФЭП. Однако, такой твердофазный переход заторможен кинетически [3].

Рисунок 1 – Фазовый переход между кубической и тетрагональной структурой[2]

Для изучения теплового поведения перовскитной структуры CH₃NH₃PbI₃был применен метод дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Опытные образцы перовскитных тонких пленок были получены методом спин-коатинга из раствора прекурсоров. Подробная методика получения тонких пленок перовскита описана в работе [4].

Термограммы ДСК были получены в диапазоне температур 25-200 ^оСпри постоянной скорости нагрева 10 ^оС/мин в двукратной повторности в атмосфере азота. Навеска составляла 15 г. Использовались алюминиевые тигли с крышкой.

Рисунок 2 – Термограммы ДСК для тонких пленок CH₃NH₃PbI₃(молярное соотношение PbI₂:CH₃NH₃I 1:1)

Термограммы нагревания (черная линия) и охлаждения (красная линия) имеют максимумы при 53-57 ^оС (рис. 2). Полученные ДСК пики ассиметричны, что указывает на присутствие промежуточной фазы. Они находятся в очень хорошем соответствии с пиками для известного фазового перехода из тетрагональной фазы в кубическую соединения CH₃NH₃PbI₃ (рис. 3) [5].

Рисунок 3 – Термограммы ДСК, демонстрирующие фазовый переход в CH₃NH₃PbI₃ [5]

Термограммы ДСК подтвердили наличие фазового перехода в области 53-57 ^оСв полученных нами опытных образцах тонких пленок гибридного органо-неорганического перовскита трийодидаметиламмония свинца.В дальнейшем планируется более глубокое изучение термических свойств тонких пленок перовскита, а также исследование явления гистерезиса, возникающего при многократных фазовых переходах, методом ДСК.

Список литературы

1. Burschka J, Pellet N., Moon S., Humphry-Baker R., Gao P, Nazeeruddin M., Gräetzel M. Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells // Nature. 2013.V. 499. P. 316–319.

2. Weller M., Weber O., Henry P., Di Pumpo A., Hansen T. Complete structure and cation orientation in the perovskite photovoltaic methylammonium lead iodide between 100 and 352 K // Chem. Commun. 2015. V. 51. P. 4180-4183.

3. Гладышев П.П., Юшанхай В.Ю, Сюракшина Л.А. Гибридные органо-неорганические перовскитные структуры и фотоэлектрические преобразователи на их основе: физические и химические проблемы // Органические и гибридные наноматериалы: получение и перспективы применения. (Под ред. В.Ф. Разумова и М.В. Клюева). - Иваново: Иван. Гос. ун-т, 2015. - 676 с., с. 426 - 556.

4. Кинев В.А., Виноградов И.И., Резепов П.С., Зеленяк Т.Ю. Синтез и исследования фотоэлектрических преобразователей на основе гибридных органо-неорганических перовскитов метиламмоний иодида свинца // Материалы VIII Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» URL:http://www.scienceforum.ru/2016/1654/20212 (дата обращения: 31.01.2017).

5. Baikie T., Fang Y., Kadro J. M., Schreyer M. Synthesis and crystal chemistry of the hybrid perovskite CH₃NH₃PbI₃ for solid-state sensitized solar cell applications // J. Mater. Chem. A. 2013. V. 1.Р. 5628.

Код для цитирования: Скопировать